陶瓷轴向磨削加工实验分析及砂轮磨损研究

轴向磨削加工是以金刚石小砂轮的端部磨粒作为主切削刃来去除材料,用圆周部分内圆或外圆表面磨粒作为副切削刃对已加工圆柱面进行修磨的一种磨削加工技术。从轴向对工程陶瓷进行外圆或内孔加工时,一次切削的径向磨削深度(即背吃刀量)与进给速度分别可达5～10mm和200mm/min以上,实现了工程陶瓷外圆的高效低成本加工。利用该方法对陶瓷材料制成的发动机精密偶件出油阀套筒进行内孔加工,通过单因素试验,分析了不同参数组合下的砂轮磨损情况及各参数对砂轮磨损的影响,试验表明:砂轮磨损程度随磨削深度的增加而呈非线性增加;为使砂轮磨损最小化,主轴转速和工件转速应匹配,即二者的比值应控制在一定的范围内。     

ZrO2陶瓷与304钢配副高水基液压元件摩擦学性能

采用Rtec摩擦磨损试验机MFT-5000、白光三维干涉仪和扫描电镜,考察不同载荷和高水基乳化液浓度条件下ZrO₂陶瓷与304钢配副的摩擦系数、磨损体积和表面形貌,并探讨其磨损机制。通过控制变量法分析表明:载荷比高水基乳化液浓度对摩擦系数的影响较大,且随着载荷的增大,摩擦系数趋于稳定,而磨损体积增大;随着浓度的增大,摩擦系数逐渐减小并趋于稳定,磨损体积先减小后增大,在100 N/Hz和浓度为6%工况下,陶瓷与钢配副的摩擦系数和磨损体积最小;陶瓷与钢配副在高水基乳化液中以氧化磨损为主,且随着浓度增大,氧化磨损先增大后减小,伴有犁削磨损。陶瓷与钢配副模拟液压元件内部摩擦副的润滑效果,通过分析试验结果找到合适的工况来提高液压元件的寿命和工作效率。     

磨削速度对碳化硅陶瓷磨削损伤影响机制研究

碳化硅陶瓷高速磨削过程中,磨粒对工件材料强力冲击,应变率剧增、复杂显微结构对应力波传送响应转变,材料力学行为发生变化,目前高速磨削对材料去除机制影响的物理本质认识还不清楚。为此,开展磨削速度对SiC陶瓷磨削裂纹损伤影响机制研究。通过单颗磨粒磨削SiC陶瓷试验,分析了磨削速度对SiC陶瓷磨削表面形貌、磨削亚表面裂纹损伤深度、磨削力和磨削比能的影响规律。试验结果表明,当SiC陶瓷材料以脆性方式去除时,磨削速度对裂纹损伤影响最为显著,随着磨削速度从20 m/s增加到160 m/s,磨削亚表面裂纹损伤深度从12.1μm快速降低到6μm。采用Voronoi法建立了金刚石磨削多晶SiC陶瓷有限元仿真模型,当磨粒切厚为0.3μm,磨削亚表面损伤以微裂纹为主;当磨粒切厚为1μm时,随着磨削速度增加,磨削亚表面裂纹损伤深度从14.7μm降低到4.6μm,磨削亚表面宏观沿晶裂纹逐渐变为微观裂纹。基于位错理论和冲击动力学理论,揭示了高速磨削过程中位错密度的增加和晶界反射应力波对应力场削弱作用是高速磨削SiC陶瓷裂纹损伤“趋肤效应”产生的机理。     

基于核磁共振技术的岩石孔隙结构冻融损伤试验研究

 为研究岩石在冻融循环作用下的孔隙结构损伤特性,选取寒区花岗岩为岩样,在冻结温度为－40 ℃,融解温度为20 ℃条件下,分别进行3轮冻融循环试验,并对每轮冻融循环后的岩样进行核磁共振(NMR)测量,得到同一块岩样不同冻融循环次数后的孔隙度、横向弛豫时间T2分布及核磁共振图像(NMRI)。结果表明：花岗岩的T2分布主要为3个峰,随着冻融循环次数的增多,岩石的孔隙度、核磁共振T2谱分布和T2谱面积均会增大,但每个岩样的增大幅度均不同,反映出冻融循环作用下岩石中孔隙的发育和扩展特性;核磁共振图像显示同一块岩样在不同冻融循环次数后的内部微观结构分布,动态地显示岩石的冻融损伤过程。冻融循环条件下岩石核磁共振特征为岩石冻融损伤机制研究提供可靠的试验数据。     

具有表面辐射的建筑室内自然对流换热的研究

随着人们生活水平以及节能意识的提高,对建筑热工性能评价和建筑节能越来越重视。将建筑房间简化为含有多孔介质的双区域模型,因此,此类模型被应用到更多的领域。通过数值模拟展现了实际建筑环境中各物理条件对室内通风与热环境的影响,为室内舒适度的建设提供了依据。基于有限元法对含有多孔介质复合腔体这一类双区域模型的壁面热辐射与自然对流耦合换热问题在建筑房间内的应用进行了数值模拟分析。模拟了不同工况下多孔介质复合腔体内的流场和温度场随时间的变化情况。结果表明,表面热辐射对建筑房间内的自然对流换热有明显的增强作用;冬季与夏季,中间层与顶层不同的边界条件影响着室内的对流换热即方腔热环境的改变;多孔介质厚度d较大时能减弱传热,当到达一定值时影响不明显。     

拜耳法赤泥质陶粒滤料处理含铜废水

以自制拜耳法赤泥质陶粒滤料为吸附剂,进行了模拟废水中铜离子吸附效果和吸附饱和陶粒再生的研究。结果表明,拜耳法赤泥质陶粒滤料对废水中铜离子具有较好的吸附效果和耐久性;吸附饱和后的陶粒在pH=3的硝酸溶液中静态洗脱3次即可恢复至新鲜陶粒的吸附水平;拜耳法赤泥质陶粒用于废水中铜离子的吸附无论从技术上、经济上还是从二次资源的再利用上均具有显著优势,适合大规模推广应用。     

基于地电场响应的多孔岩石注水-注浆模拟试验

采用大型有机玻璃模型对弱胶结多孔岩石注水-注浆过程中地电响应进行室内模拟试验研究。结果表明,自然电位和激励电流响应能很好地反映出试验过程的几个阶段。模型饱和前注水阶段,自然电位缓慢上升,激励电流发生小幅度跃升并稳定;模型饱和后继续注水,自然电位迅速升高到极大值并稳定,激励电流急剧跃升到极大值;停止注水后自然电位和激励电流都下降。注浆过程中,浆液渗流扩散区自然电位大幅度降低,而激励电流则迅速升高到较高数值;停止注浆后,浆液未到达区自然电位恢复到注浆前量值,而浆液充填良好区自然电位降到低于注浆前量值。综合注水-注浆过程中自然电位和激励电流的响应并与试验过程中摄取的数字图像对比分析可以得出,自然电位和激励电流对流体运动具有很好的“可视化”再现和指示流体渗流位置功能,尤其对水和化学浆液有良好的识别能力,用此可以反映注浆工程中浆液扩散情况及检验注浆效果。     

一种新型煤矿煤层气利用装置

基于多孔介质燃烧器的煤层气储热式斯特林发动机系统是一种适应我国煤矿煤层气浓度低、波动大特点的发电利用方式。该装置通过将多孔介质燃烧器对低浓度气源的良好适应性和斯特林发动机的外燃特性有机结合,构建多孔介质燃烧器驱动斯特林发动机系统,并采用储热器实现二者的连接,以进一步缓解煤层气气源波动对系统的冲击。     

A PSS‐Free PEDOT Conductive Film Supported by a Hierarchical Nanoporous Layer Glass

The importance of transparent conductive film is increasing due to its use in applications such as touch‐panel devices. Although indium tin oxide is widely used because of its high conductivity and transparency, conductive polymers are being studied as alternative materials that avoid the use of rare metals and the brittleness associated with existing systems. Polyethylene dioxythiophene (PEDOT)/polyethylene sulfonic acid (PSS) is drawing a lot of attention due to its well‐balanced conductivity, transparency, film formability, and chemical stability. The nonconductive PSS reportedly covers the conductive PEDOT. The PSS shell provides carrier and film‐formability to PEDOT but is also a barrier that hinders electrical conductivity. Therefore, the PEDOT film formability is explored supported by a substrate without the addition of PSS. The “hierarchical nanoporous layer glass” holds the PSS‐free PEDOT with its nanopores to form a homogeneous, transparent film. The PSS‐free PEDOT film thus achieves transparency of over 85% and resistivity of below 500 Ω sq^?1.     

Superior temperature‐stable dielectrics for MLCCs based on Bi0.5Na0.5TiO3‐NaNbO3 system modified by CaZrO3

An ultra‐wide temperature stable ceramic system based on (1?x) [0.94(0.75Bi_0.5Na_0.5TiO₃?0.25NaNbO₃)?0.06BaTiO₃]?xCaZrO₃ (CZ100x) is developed for capacitor application in this study. All samples exhibit characteristics of pseudocubic structures in XRD patterns. With CaZrO₃ addition, the coupling effect of polar nanoregions (PNRs) is weakening, leading to greatly improved temperature stability of dielectric properties. Among all samples, the most attractive properties are obtained in the composition of CZ10 at <15% variation in dielectric permittivity spanning from ?55°C to 400°C and lower than 0.02 of dielectric loss of between ?60°C and 300°C, accompanied by high DC resistivity (10⁷ Ω m at 300°C, calculated by fitting Jonscher's power law). Furthermore, tentative multilayer ceramic capacitors (MLCCs) composed of CZ10 dielectric and Ag:Pd (70:30) internal electrode layers were fabricated by tape casting and cofiring processes. Temperature‐stable dielectric property in formation of MLCC was successfully realized, with small ΔC/C_25°C (<15%) and loss factor (≤ 0.02) between ?55°C and 340°C. Meanwhile, CZ10‐based MLCC showed temperature‐insensitive energy storage density of 0.31?0.35 J/cm³ and high‐energy efficiency of above 77% at 120 kV/cm in the range of ?55 to 175°C. All of these exhibit wonderful temperature‐stable dielectric properties and indicate the promising future of CZ10 dielectric as high‐temperature ceramic capacitors.